KR20160042877A - Liquid crystal coupled light modulation - Google Patents
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Abstract
액정 결합 광변조는 전반사(TIR)에 의해 광을 가이드하는 광 가이드, 회절격자 및 상기 회절격자와 상기 광 가이드 사이에 개재된 액정을 포함한다. 상기 액정은 전반사를 방지하기 위하여 제1 굴절률을 갖는 상태와 상기 광 가이드의 표면에서 전반사를 용이하게 하기 위하여 제2 굴절률을 갖는 다른 상태를 갖는다. 상기 제1 굴절률 상태에서 상기 액정은 상기 가이드된 광의 일부를 상기 회절격자에게 커플 아웃(couple out)하기 위한 것이고, 상기 회절격자는 상기 광변조기의 상기 커플 아웃된 일부의 회절성 리다이렉션을 제공하기 위한 것이다.The liquid crystal coupled light modulation includes a light guide for guiding light by total internal reflection (TIR), a diffraction grating, and a liquid crystal interposed between the diffraction grating and the light guide. The liquid crystal has a state having a first refractive index to prevent total internal reflection and another state having a second refractive index to facilitate total internal reflection at the surface of the light guide. Wherein the liquid crystal in the first refractive index state is for couple out of a portion of the guided light to the diffraction grating and the diffraction grating is for providing a diffractive redirection of the coupled- will be.
Description
광변조기 또는 더 일반적으로 전기 광학 변조기는 광통신으로부터 전자 디스플레이까지의 다양한 애플리케이션에서 사용된다. 예를 들어, 광변조기는 현대 전자 디스플레이에서 백라이트(backlight)에 의해 방출된 광을 변조하기 위해 사용될 수 있다. 상기 광변조기는 화소로 나타나는 상기 전자 디스플레이의 별개의 공간적으로 분리된 영역에서 상기 방출된 광을 변조할 수 있다. 예를 들어, 상기 백라이트에 의해 방출된 광은 상기 광변조기를 향해 통과되고 변조되어 상기 화소에 의해 방출된 상기 광의 세기를 변화시킬 수 있다. 광통신에 사용되는 광변조기는 광전송로(예를 들어, 광섬유 케이블) 내에 광 빔으로 전송하기 위한 정보를 부호화하기 위하여 진폭 변조, 위상 변조 및 편광 변조를 포함하지만 이에 한정되지 않는 다양한 수단 중 어떤 것을 사용할 수 있다. Optical modulators, or more generally electro-optical modulators, are used in a variety of applications from optical communication to electronic displays. For example, a light modulator may be used to modulate light emitted by a backlight in modern electronic displays. The light modulator is capable of modulating the emitted light in separate, spatially separated areas of the electronic display represented by pixels. For example, light emitted by the backlight may be passed through the optical modulator and modulated to change the intensity of the light emitted by the pixel. Optical modulators used in optical communications may use any of a variety of means including but not limited to amplitude modulation, phase modulation, and polarization modulation to code information for transmission into a light beam in an optical transmission path (e.g., a fiber optic cable) .
위에서 제시한 바와 같이, 예를 들어, 광변조기는 광 빔의 진폭 또는 세기, 위상 및 편광 중 하나 이상을 바꾸거나 변조하는데 사용될 수 있다. 진폭 변조를 이용하여 광을 변조하는 광변조기(즉, 광 진폭 변조기)는 때로는 광 밸브라고 불린다. 예를 들어, 광 밸브에서 진폭 변조는 투과에서의 변화(예를 들어, 투과성 광 밸브) 또는 반사에서의 변화(예를 들어, 반사성 광 밸브)를 통해 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 투과에서의 변화는 상기 광 밸브의 흡수 특성에서의 변화에서 기인한다. 액정 광 밸브는 일반적으로 예를 들어 상기 액정 광 밸브를 통과하는 광의 편광 편이를 이용하여 이루어진 투과 특성에서의 변화를 통해 진폭 변조를 제공한다. 반사 광 밸브는 예를 들어 상기 광 빔의 진폭 변조에 영향을 미치기 위하여, 마이크로 거울(micromechanical mirror)에 의해 제공된 광 빔의 방향에 있어서의 변화를 이용할 수 있다. 또한, 예를 들어, 간섭 측정 광 밸브에서와 같이 상기 광 빔에 있어서의 위상 변화를 이용하여 진폭 변조를 수행할 수 있다.As indicated above, for example, a light modulator may be used to alter or modulate one or more of the amplitude or intensity, phase, and polarization of the light beam. An optical modulator (i.e., a light amplitude modulator) that modulates light using amplitude modulation is sometimes referred to as a light valve. For example, amplitude modulation in a light valve can be performed through a change in transmission (e.g., a transmissive light valve) or a change in reflection (e.g., a reflective light valve). For example, the change in the transmission is due to a change in the absorption characteristics of the light valve. The liquid crystal light valve generally provides amplitude modulation through a change in the transmission characteristic, for example, by using a polarization shift of the light passing through the liquid crystal light valve. The reflected light valve may utilize a change in the direction of the light beam provided by a micromechanical mirror, for example to affect the amplitude modulation of the light beam. Also, for example, amplitude modulation can be performed using a phase change in the light beam, such as in an interference measurement light valve.
본 명세서에 기재된 원리에 따른 실시예의 다양한 특징들이 첨부한 도면과 함께 다음의 상세한 설명을 참조하여 보다 용이하게 이해될 수 있고, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용한다.
도 1은 여기에서 설명된 상기 원리에 일치하는 예에 따른 액정 결합 광변조기의 단면도이다.
도 2는 다른 본 명세서에서 설명된 상기 원리에 일치하는 예에 따른 액정 결합 광변조기의 단면도이다.
도 3a는 본 명세서에서 설명된 상기 원리에 일치하는 예에 따른 액정 결합 광변조기의 제1 상태에서의 부분 단면도이다.
도 3b는 본 명세서에서 설명된 상기 원리에 일치하는 예에 따른 도 3a의 상기 액정 결합 광변조기의 제2 상태에서의 부분 단면도이다.
도 4는 본 명세서에서 설명된 상기 원리에 일치하는 예에 따른 전자 디스플레이의 블록도이다.
도 5는 본 명세서에서 설명된 상기 원리에 일치하는 예에 따른 액정 결합 광변조 방법의 순서도이다.
특정 예는 상기 참조 도면에 도시된 특징에 추가되거나 그 특징을 대신하는 다른 특징을 갖는다. 이들 특징 및 다른 특징은 상기 참조 도면을 참조하여 아래에서 상세히 설명한다. Various features of embodiments according to the principles described herein may be more readily understood with reference to the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings, in which like reference numerals are used to refer to like elements throughout.
1 is a cross-sectional view of a liquid crystal coupled light modulator according to an example consistent with the principle described herein.
Figure 2 is a cross-sectional view of a liquid crystal coupled optical modulator according to an example consistent with the principles described elsewhere herein.
3A is a partial cross-sectional view of a liquid crystal coupled optical modulator in a first state according to an example consistent with the principle described herein.
FIG. 3B is a partial cross-sectional view of the liquid crystal coupled optical modulator of FIG. 3A in a second state according to an example consistent with the principle described herein.
4 is a block diagram of an electronic display according to an example consistent with the principles described herein.
5 is a flow chart of a liquid crystal coupled light modulation method according to an example consistent with the principle described herein.
Specific examples have other features added to or in lieu of those shown in the reference figures. These and other features are described in detail below with reference to the above-referenced drawings.
본 명세서에서 설명된 상기 원리에 따른 예는 광 가이드(light guide)와 회절격자(diffraction grating) 간의 액정 기반 커플링을 이용하는 광변조를 제공한다. 특히, 여기에서 설명된 광변조 가이드된 광이 광 가이드 외부에서 결합되는지 여부를 변화시키거나 수정하기 위해 액정의 선택적으로 가변하는 굴절률(예를 들어, 복굴절)을 이용한다. 가이드된 광을 벗어난 상기 액정 기반 커플링에 있어서의 상기 변화는, 결과적으로 회절성 리다이렉션(diffractive redirection) 및 발광을 위해 회절격자에게 전달되는 상기 커플 아웃된(coupled out) 가이드된 광의 양을 변화시킨다. An example according to the principles described herein provides optical modulation using a liquid crystal based coupling between a light guide and a diffraction grating. In particular, a selectively variable refractive index (e.g., birefringence) of the liquid crystal is used to change or modify whether the light-modulated guided light described herein is coupled outside the light guide. The change in the liquid crystal based coupling out of the guided light results in a diffractive redirection and changes the amount of coupled out guided light delivered to the diffraction grating for light emission .
편광 기반 액정 광변조와 달리, 여기에서 설명된 상기 원리에 따른 광변조는 한 쌍의 직교 편광자를 사용하지 않는다. 이처럼, 상기 편광 기반 액정 변조기에 비해 일반적으로 더 적은 수의 층 및 구성요소를 사용하는 더 컴팩트하고 효율적인 광변조기 구현이 제공될 수 있다. 예를 들어, 여기에서 설명된 액정 기반 커플링 변조를 이용하는 상기 광변조의 예시적인 적용 중에는, 전자 디스플레이를 위해 변조된 백라이트가 있다. 다른 예에서, 여기에서 설명된 상기 광변조는 무안경식 3차원(3D) 디스플레이(예를 들어, 소위 '무안경' 3D 디스플레이) 등의 표시장치이지만 이에 제한되지 않는 디스플레이를 위한 변조된 광 영역(예를 들어, 변조된 빔 또는 빔렛(beamlet)의 어레이)를 제공할 수 있다. Unlike polarization-based liquid crystal optical modulation, the optical modulation according to the principle described herein does not use a pair of orthogonal polarizers. As such, a more compact and efficient optical modulator implementation using generally fewer number of layers and components than the polarization-based liquid crystal modulator can be provided. For example, during the exemplary application of the optical modulation using the liquid crystal-based coupling modulation described herein, there is a modulated backlight for the electronic display. In another example, the light modulation described herein may be applied to a modulated optical area (e.g., a display) such as but not limited to a display such as a non-limiting three-dimensional (3D) For example, an array of modulated beams or beamlets).
여기에서 설명된 상기 원리의 다양한 예에 따르면, 회절격자는 광 가이드로부터의 광을 회절성 리다이렉션에 의해 리다이렉트하기 위하여 사용된다. 상기 회절격자와 상기 광 가이드 사이에 개재된 액정의 굴절률에서의 변화는, 상기 광 가이드로부터의 광의 커플링 아웃 및 상기 커플 아웃된 광을 회절성 리다이렉션을 위하여 상기 회절격자에게 전달하는 것을 교대로 용이하게 하거나 방지하기 위해 사용되어 상기 커플 아웃된 광을 변조한다. 예를 들어, 상기 광 가이드는 전자 디스플레이의 백라이트의 광 가이드일 수 있다. 다양한 예에 따라, 상기 회절격자는 상기 광 가이드에 인접하게 배치된 특징(홈, 융기부(ridge), 구멍, 범프(bump), 재료 변형 등)을 포함하거나 그 특징으로 구성된다. According to various examples of the principles described herein, the diffraction grating is used to redirect the light from the light guide by diffractive redirection. Wherein the change in the refractive index of the liquid crystal interposed between the diffraction grating and the light guide alternately facilitates coupling out of light from the light guide and transferring the coupled light to the diffraction grating for diffractive redirection To prevent or prevent the coupling-out light. For example, the light guide may be a light guide of a backlight of an electronic display. According to various examples, the diffraction grating comprises or consists of features (grooves, ridges, holes, bumps, material modifications, etc.) disposed adjacent the light guide.
상기 회절격자와 상기 광 가이드 사이에 개재된 액정은 상기 광 가이드의 표면과 접촉한다. 상기 액정이 상기 광 가이드의 재료의 굴절률과 일치하거나 초과하는 굴절률을 갖는 경우, 상기 액정은 상기 표면에서 상기 광 가이드 내 전반사(total internal reflection, TIR)를 위한 굴절률 조건을 실질적으로 완화시킨다. 이처럼, 상기 광 가이드가 더 이상 전반사를 지원하지 않으므로 전반사가 방지된다(즉, 상기 액정과 접촉하는 상기 광 가이드 표면에서). 이와 달리, 상기 액정이 상기 광 가이드 재료의 굴절률보다 작은 굴절률을 나타내는 경우, 상기 광 가이드가 정상적으로 동작하여 상기 광을 전반사에 의해 가이드한다. 게다가, 다양한 예에 따라, 상기 액정은 상기 광 가이드 재료의 굴절률과 동일하거나 초과하는 제1 굴절률, 즉, '광 가이드 굴절률'과 상기 광 가이드 굴절률보다 작은 제2 굴절률 사이에서 전환될 수 있다. 예를 들어, 상기 전환은 상기 액정의 상태(예를 들어, 상기 액정 내 분자의 배향(orientation))을 변경함으로써 제공될 수 있다. 일부 예에 따라, 상기 상태 변경이 인가된 전기장에 의하여 제공될 수 있다. 다른 예에서, 상기 상태 변경은 온도에 있어서의 변화를 포함하지만 이에 한정되지 않는 다른 수단에 의해 제공될 수 있다. The liquid crystal interposed between the diffraction grating and the light guide contacts the surface of the light guide. If the liquid crystal has a refractive index that matches or exceeds the refractive index of the material of the light guide, the liquid crystal substantially relaxes the refractive index condition for total internal reflection (TIR) in the light guide at the surface. Thus, total reflection is prevented (i.e., at the light guide surface in contact with the liquid crystal) since the light guide no longer supports total reflection. Alternatively, when the liquid crystal exhibits a refractive index smaller than the refractive index of the light guide material, the light guide normally operates to guide the light by total reflection. Further, according to various examples, the liquid crystal may be switched between a first refractive index that is equal to or greater than a refractive index of the light guide material, i.e., a 'light guide refractive index', and a second refractive index lower than the refractive index of the light guide. For example, the conversion may be provided by changing the state of the liquid crystal (e.g., the orientation of the molecules in the liquid crystal). According to some examples, the state change may be provided by an applied electric field. In another example, the state change may be provided by other means including, but not limited to, changes in temperature.
여기에서, '회절격자'는 상기 특징으로 입사하는 광의 회절을 제공하도록 배치된 복수의 특징으로서 정의된다. 또한, 여기에서 정의에 의해, 회절격자의 상기 특징은 회절격자를 제공하거나 지원하는 재료층이나 구조층의 표면, 표면 안 및 표면 위 중 하나 이상에 형성된 특징일 수 있다. 예를 들어, 상기 재료층은 광 가이드 표면에 인접하지만 그 표면으로부터 이격된 재료(예를 들어, 유전체)의 시트일 수 있다. 상기 특징은 상기 재료 표면 상의 홈, 융기부, 구멍 및 범프 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는 빛을 회절시키는 다양한 특징 또는 구조 중 어떤 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 회절격자는 상기 재료 표면에서 복수의 평행한 홈을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 상기 회절격자는 상기 재료 표면 바깥에 생긴 복수의 평행한 융기부를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 상기 특징은 상기 재료 표면 내의 재료 변이(예를 들어, 재료 굴절률에서의 변이)를 포함할 수 있다. Herein, the 'diffraction grating' is defined as a plurality of features arranged to provide diffraction of incident light with the above feature. Furthermore, by definition herein, this feature of the diffraction grating may be a feature formed on at least one of the surface, the surface, and the surface of a material layer or structure layer that provides or supports the diffraction grating. For example, the material layer may be a sheet of material (e.g., a dielectric) adjacent to but spaced from the surface of the light guide. The features may include any of a variety of features or structures that diffract light, including, but not limited to, grooves, ridges, holes and bumps on the material surface. For example, the diffraction grating may include a plurality of parallel grooves at the material surface. In another example, the diffraction grating may include a plurality of parallel raised portions formed outside the material surface. In some examples, the feature may include material variations (e.g., variations in material refractive index) within the material surface.
일부 예에 따르면, 상기 회절격자는 실질적으로 투명해서(즉, 상기 회절격자의 동작 파장에서 실질적으로 흡수하지 않으므로) 광이 상기 회절격자를 투과하도록 한다. 여기에서의 정의에 의해, 이러한 실질적으로 투명한 회절격자는 '투과성' 회절격자라고 불린다. 다른 예에서, 상기 회절격자는 반사성 재료(예를 들어, 금속층)를 포함하고 상기 회절격자로 입사하는 광은 상기 회절격자의 표면으로부터 회절될 뿐만 아니라 반사된다. 정의에 의해, 반사성 재료를 포함하는 회절격자는 '반사성' 회절격자이다. According to some examples, the diffraction grating is substantially transparent (i.e., does not substantially absorb at the operating wavelength of the diffraction grating) so that light is transmitted through the diffraction grating. By definition herein, this substantially transparent diffraction grating is referred to as a " transmissive " diffraction grating. In another example, the diffraction grating comprises a reflective material (e.g., a metal layer) and the light incident on the diffraction grating is diffracted as well as diffracted from the surface of the diffraction grating. By definition, the diffraction grating comprising the reflective material is a " reflective " diffraction grating.
일부 예에서, 상기 회절격자의 복수의 특징은 주기적인 배열로 배치될 수 있다. 다른 예에서, 상기 회절격자는 비주기적인 배열로 배치된 특징을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 상기 회절격자는 1차원 배열로 배치된 복수의 특징을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 평행한 홈이 1차원 배열이다. 다른 예에서, 상기 회절격자가 2차원(2D) 배열의 특징을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 회절격자가 재료 표면 상의 범프의 2차원 배열이다. 상기 특징(예를 들어, 홈, 융기부, 구멍, 범프 등)은 직사각형의 프로파일, 삼각형의 프로파일 및 톱니 프로파일 중 하나 이상을 포함하지만 이에 한정되지 않는 회절을 공급하는 다양한 단면 형상 또는 프로파일 중 어떤 것을 가질 수 있다. In some examples, the plurality of features of the diffraction grating may be arranged in a periodic arrangement. In another example, the diffraction grating may include features arranged in an aperiodic arrangement. In some examples, the diffraction grating may include a plurality of features arranged in a one-dimensional array. For example, the plurality of parallel grooves is a one-dimensional array. In another example, the diffraction grating may include features of a two-dimensional (2D) arrangement. For example, the diffraction grating is a two-dimensional array of bumps on the material surface. The features (e.g., grooves, ridges, holes, bumps, etc.) may be any of a variety of cross-sectional shapes or profiles that provide diffraction, including, but not limited to, a rectangular profile, a triangular profile, Lt; / RTI >
여기에서, '회절성 리다이렉션'은 회절의 결과(예를 들어, 회절격자에 의한)로서 전자기파(예를 들어, 광)의 리다이렉션으로 정의된다. 예를 들어, 회절격자는 회절성 리다이렉션에 의해 광 가이드 외부로 커플된 광을 리다이렉트하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 회절성 리다이렉션은 실질적으로 회절 각도 에서 발생한다. 주기적, 투과성 회절격자에 의해 공급된 상기 회절 각도 은 수학식 1에 의해 주어질 수 있다. Here, 'diffractive redirection' is defined as the redirection of an electromagnetic wave (e.g., light) as a result of diffraction (e.g., by a diffraction grating). For example, the diffraction grating may be used to redirect light coupled out of the light guide by diffractive redirection. For example, the diffractive redirection may be substantially a diffraction angle Lt; / RTI > The diffraction angle < RTI ID = 0.0 > Can be given by Equation (1).
여기서, 는 상기 광의 파장이고, 은 회절 차수이며, 는 상기 회절격자의 특징 간의 거리이고, 는 상기 광의 상기 회절격자로의 입사각이며, 은 상기 회절격자 측의 재료(예를 들어, 액정)의 굴절률로서 그 재료로부터 광이 상기 회절격자(즉, ‘광-입사' 측)로 입사한다. 수학식 1은 상기 광-입사 측과 반대쪽 상기 회절격자 측의 굴절률이 1의 굴절률을 갖는다고 가정한다. 상기 광-입사 측과 반대측에서 상기 굴절률이 1이 아니면, 수학식 1은 그에 따라 수정될 수 있다. here, Is the wavelength of the light, Is a diffraction order, Is the distance between the features of the diffraction grating, Is an incident angle of the light to the diffraction grating, Is a refractive index of a material (for example, liquid crystal) on the side of the diffraction grating, and light is incident on the diffraction grating (i.e., the 'light-incident side') from the material. Equation (1) assumes that the refractive index of the diffraction grating side opposite to the light-incident side has a refractive index of 1. If the refractive index is not 1 at the side opposite to the light-incident side, Equation (1) can be modified accordingly.
또한 여기에서, '광 가이드'는 구조물로서 정의되고 전반사를 이용하여 광을 상기 구조물 내에서 광을 가이드한다. 특히, 상기 광 가이드는 상기 광 가이드의 동작 파장에서 실질적으로 투명한 코어(core)를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 상기 용어 '광 가이드' 일반적으로 상기 광 가이드의 유전 물질과 그 광 가이드를 둘러싸는 재료 또는 매체 사이의 경계면에서 광을 가이드하기 위해 전반사를 제공하는 유전체 광도파로(dielectric optical waveguide)를 지칭한다. 정의에 의해, 전반사를 위한 조건은 상기 광 가이드의 굴절률이 상기 광 가이드 재료의 표면에 직접적으로 인접한 둘러싸는 매체의 굴절률보다 큰 것이다. 일부 예에서, 상기 광 가이드는 상기 전반사를 제공하거나 용이하게 하기 위해서 상기 전술한 굴절률 차이에 더하여 또는 굴절률 차이 대신에 코팅을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 상기 코팅은 반사성 코팅일 수 있다. 다양한 예에 따르면, 상기 광 가이드는 플레이트(plate) 또는 슬라브(slab) 가이드 및 스트립(strip) 가이드 중 하나 또는 둘을 포함하지만 이에 한정되지 않는 여러 광 가이드 중 어떤 것일 수 있다. Also here, the 'light guide' is defined as a structure and guides the light in the structure using total reflection. In particular, the light guide may comprise a substantially transparent core at the operating wavelength of the light guide. In some instances, the term 'light guide' generally refers to a dielectric optical waveguide that provides total internal reflection to guide light at the interface between the dielectric material of the light guide and the material or medium surrounding the light guide Quot; By definition, the condition for total reflection is that the index of refraction of the light guide is greater than the index of refraction of the surrounding medium directly adjacent to the surface of the light guide material. In some examples, the light guide may include a coating in addition to or in lieu of the refractive index difference described above to provide or facilitate total reflection. In some instances, the coating may be a reflective coating. According to various examples, the light guide may be any of a number of light guides including, but not limited to, one or both of a plate or a slab guide and a strip guide.
또한 여기에서, '플레이트 광 가이드'에서와 같이 광 가이드에 적용될 때 상기 용어 '플레이트'는 구분되는 또는 별도의 평면 층 또는 시트를 의미하기 위해 정의된다. 특히, 플레이트 광 가이드는 상기 광 가이드의 상면 및 하면을 경계로 하는 실질적으로 직교하는 두개의 방향으로 광을 가이드하도록 구성된 광 가이드로서 정의된다. 또한, 여기에서의 정의에 의해, 상기 상면과 하면은 둘 다 서로 분리되고 다른 의미에서 실질적으로 서로 평행하다. 즉, 상기 플레이트 광 가이드의 어떤 다른 작은 영역 내에서, 상기 상면과 하면은 실질적으로 평행하거나 동일 평면상에 있다. 일부 예에서, 플레이트 광 가이드는 실질적으로 편평하므로(예를 들어, 평면에 제한되어), 상기 플레이트 광 가이드는 평면상의 광 가이드일 수 있다. 다른 예에서, 상기 플레이트 광 가이드는 하나의 또는 두 개의 직교 차원으로 휘어질 수 있다. 예를 들어, 상기 플레이트 광 가이드는 원통형의 플레이트 광 가이드를 형성하기 위해 단일 차원으로 휘어질 수 있다. 하지만, 다양한 예에 있어서, 상기 플레이트 광 가이드에게 어떤 곡률도 광을 가이드하는 상기 플레이트 광 가이드 내에 전반사가 유지되도록 보증하기 위하여 충분히 큰 곡률 반경을 갖는다. Also here, the term 'plate' when applied to a light guide as in a 'plate light guide' is defined to mean a separate or separate planar layer or sheet. In particular, the plate light guide is defined as a light guide configured to guide light in two substantially orthogonal directions bounded by the upper and lower surfaces of the light guide. Further, by definition herein, both the top and bottom surfaces are separated from each other and, in a sense, substantially parallel to each other. That is, within some other small area of the plate light guide, the top and bottom surfaces are substantially parallel or coplanar. In some instances, the plate light guide is substantially planar (e.g., limited to a plane) so that the plate light guide may be a planar light guide. In another example, the plate light guide may be bent in one or two orthogonal dimensions. For example, the plate light guide may be bent in a single dimension to form a cylindrical plate light guide. However, in various examples, the plate light guide has a curvature radius that is sufficiently large to ensure that any curvature is maintained within the plate light guide that guides the light.
액정' 또는 '액정 물질'은 여기서 결정체의 속성을 갖는 유체 또는 액체로서 정의된다. 특히, 여기에서의 다양한 예에 따라, 액정은 네마틱 상, 스메틱 상, 카이랄 상 또는 디스코틱 상 중 하나 이상을 나타낼 수 있다. 또한, 액정 또는 액정 물질은 복굴절을 나타낼 수 있다. 복굴절은, 상기 광이 상기 재료를 통과하거나 상기 재료와 상호 작용함에 따라 서로 다른 편광을 갖는 광이 서로 다른 굴절률을 경험할 수 있는 재료의 성질이다. 예를 들어, 복굴절 액정 등의 복굴절 결정질은 상기 광의 특정 편광에 따라 소위 '정상' 굴절률() 및 '이상' 굴절률() 둘 다를 나타낼 수 있다. 액정에서, 상기 정상 굴절률()과 상기 이상 굴절률()간의 선택은 상기 액정의 상태를 선택함으로써 제공될 수 있다. 특히, 상기 액정 분자의 배향에 따라서, 특정 편광을 갖는 광은 상기 액정의 상태에 따라 서로 다른 굴절률(예를 들어, 또는 )를 경험할 수 있다. 또한, 다양한 예에 따라, 상기 액정의 상태 및 더 나아가 상기 액정의 굴절률은 전환되거나 변경되어(예를 들어, 열, 전기장 등을 인가하여) 선택적으로 상기 굴절률을 변경할 수 있다. Liquid crystal " or " liquid crystal material " is defined herein as a fluid or liquid having the properties of a crystal. In particular, according to various examples herein, the liquid crystal may exhibit one or more of a nematic phase, a stymatic phase, a chiral phase, or a discotic phase. Further, the liquid crystal or liquid crystal material may exhibit birefringence. Birefringence is a property of a material in which light having different polarizations can experience different refractive indices as the light passes through or interacts with the material. For example, a birefringent crystal such as a birefringent liquid crystal has a so-called " normal " refractive index ) And an 'ideal' refractive index ( ). ≪ / RTI > In the liquid crystal, the normal refractive index ( ) And the extraordinary refractive index ( ) May be provided by selecting the state of the liquid crystal. In particular, depending on the orientation of the liquid crystal molecules, light having a specific polarization may have different refractive indices (for example, or ). Further, according to various examples, the state of the liquid crystal and further the refractive index of the liquid crystal can be changed or changed (for example, by applying heat, an electric field, etc.) to selectively change the refractive index.
여기에서, 액정의 '상태'는 미리 정해진 상기 액정 분자의 배향(orientation)이다. 예를 들어, 네마틱 상 액정에서 막대기 모양의 분자(즉, 네마틱 액정)는 상기 막대기 모양의 분자의 장축과 평행한 방향을 가리키는 소위 '디렉터(director)'를 특징으로 한다. 상기 네마틱 액정의 상태는 (a)기판에 실질적으로 평행한 상기 디렉터의 정렬과 (b)상기 기판에 실질적으로 수직한 상기 디렉터의 정렬 간에 전환될 수 있다(예를 들어, 전기장을 인가함으로써). 여기에서 정의에 의해, 상기 실질적으로 평행한 배향은 '수평 배향'이라고 하고 상기 실질적으로 수직인 배향은 '수직 배향'이라고 한다. 예컨데 TE(transverse electric) 편광을 갖는 광은, 예를 들어 상기 액정이 상기 수평 배향에 대응하는 상태 또는 상기 수직 배향에 대응하는 다른 상태로 설정되었는지 여부에 따라 다른 굴절률을 경험한다. 이처럼, 상기 액정의 상태는 상기 액정을 통과하거나 상기 액정과 상호작용하는 상기 광에 의해 경험된 상기 굴절률을 선택적으로 제어하기 위해 이용될 수 있다. 또한, 액정은 주어진 편광에 대해 상기 액정의 서로 다른 상태에 의해 생성될 수 있는 서로 다른 굴절률에 기초하여 하나 이상의 '굴절률' 상태를 가질 수 있다. Here, the 'state' of the liquid crystal is an orientation of the predetermined liquid crystal molecules. For example, in a nematic liquid crystal, a rod-shaped molecule (i.e., a nematic liquid crystal) is characterized by a so-called " director " that points in a direction parallel to the long axis of the rod-shaped molecule. The state of the nematic liquid crystal can be switched between (a) alignment of the director substantially parallel to the substrate and (b) alignment of the director substantially perpendicular to the substrate (e.g., by applying an electric field) . By definition, the substantially parallel orientation is referred to as a 'horizontal orientation' and the substantially perpendicular orientation is referred to as a 'vertical orientation'. For example, light having TE (transverse electric) polarization experiences different refractive indices depending on whether the liquid crystal is set to a state corresponding to the horizontal orientation or another state corresponding to the vertical orientation, for example. As such, the state of the liquid crystal can be used to selectively control the refractive index experienced by the light passing through or interacting with the liquid crystal. In addition, the liquid crystal may have one or more " refractive index " states based on different refractive indices that may be produced by different states of the liquid crystal for a given polarization.
또한 여전히, 여기에서 사용된 바와 같이, '하나의'는 특허 분야에서 통상의 의미, 즉 '하나 이상'이라는 의미를 갖도록 의도된다. 예를 들어, '하나의 격자'는 하나 이상의 격자를 의미하며 이처럼 '상기 격자'는 본 명세서에서 '상기 복수의 격자'를 의미한다. 본 명세서에서의 어떤 언급, '맨 위', '바닥', '상부', '하부', '위로', '아래로', '앞', 뒤', '좌측' 또는 '우측'은 본 명세서에서 한정됨을 의도하지 않는다. 본 명세서에서, 상기 용어 '대략'이 값에 적용될 때 일반적으로 값을 생성하기 위해 사용되는 장비의 허용오차 범위 내에 있음을 의미하고, 또는 일부 예에서, 명시적으로 다르게 지정되지 않은 경우, 플러스 또는 마이너스 10%, 또는 플러스 또는 마이너스 5%, 또는 플러스 또는 마이너스 1%를 의미한다. 또한, 본 명세서에서 사용된 용어 '대략'은 예를 들어, 다수, 또는 대부분, 또는 모두 또는 약 51% 내지 약 100%의 범위의 양을 의미한다. 게다가, 본 명세서에서 실시예는 예시적으로만 의도되고 논의 목적을 위해서이지 한정하기 위하여 제시된 것은 아니다. Still further, as used herein, "one" is intended to have the ordinary meaning in the patent field, "one or more." For example, 'one grid' means one or more grids, and 'grid' here means 'the plurality of grids' in the present specification. Any reference in this specification to "top", "bottom", "top", "bottom", "top", "down", "front", "rear", "left" ≪ / RTI > As used herein, the term " approximately " when applied to a value generally means that it is within the tolerance range of the equipment used to generate the value, or, in some instances, plus or minus Minus 10%, or plus or minus 5%, or plus or minus 1%. Also, as used herein, the term " about " means, for example, a majority, or most, or all, or an amount in the range of about 51% to about 100%. Furthermore, the embodiments herein are intended to be illustrative only and not for purposes of discussion.
본 명세서에서 설명된 상기 원리의 일부 예에 따라서, 액정 결합 광변조기가 제공된다. 도 1은 여기에서 설명된 상기 원리에 일치하는 예에 따른 액정 결합 광변조기(100)의 단면도이다. 도 2는 여기에서 설명된 상기 원리에 일치하는 다른 예에 따른 액정 결합 광변조기(100)의 단면도이다. 상기 액정 결합 광변조기(100)는 상기 액정 결합 광변조기(100) 내로 가이드된 광(102)으로서 전파되는 광의 일부를 커플 아웃하여 변조하도록 구성된다. 상기 커플링 아웃과 상기 변조는 둘 다 액정(liquid crystal, LC)을 이용하여 광 가이드와 회절격자 간의 커플링을 변조하기 위하여 제공된다. 다양한 예에 따라, 상기 회절격자는 상기 광변조기로부터의 상기 광(102)의 커플된 일부의 회절성 리다이렉션을 제공하도록 구성된다. According to some examples of the principles described herein, a liquid crystal coupled light modulator is provided. 1 is a cross-sectional view of a liquid crystal coupled
특히, 광원(104)으로부터의 상기 광은 상기 액정 결합 광변조기(100)에서 가이드된 광(102)으로서 전파된다. 상기 액정 결합 광변조기(100) 내의 상기 가이드된 광(102)의 일반적인 전파 방향(즉, 커플아웃 되기 이전)이 도 1 및 도 2에서 굵은 화살표로 도시되어 있다. 상기 액정 결합 광변조기(100)는 상기 가이드된 광(102)의 커플아웃되고 변조된 일부를 변조된 광(106)(도 1 및 도 2에서 점선 화살표로 도시됨)으로서 방출한다. 예를 들어, 상기 변조된 광(106)은 광의 빔으로서 방출될 수 있다. 다양한 예에 있어서, 변조된 광(106)의 상기 빔은 미리 정해진 방향과 비교적 좁은 확산각도를 가질 수 있다. 상기 변조된 광(106)은 상기 액정 결합 광변조기(100)로부터 멀어지는 방향으로 전파되도록 구성된다. 상기 변조된 광(106)의 전파 방향은 상기 액정 결합 광변조기(100) 내의 상기 가이드된 광(102)의 전파 방향과 실질적으로 서로 다르다. 예를 들어, 광 빔으로서, 상기 변조된 광(106)은 상기 액정 결합 광변조기(100) 내에 전파되는 상기 가이드된 광(102)의 일반적인 전파 방향에 실질적으로 수직한 방향으로 전파된다. In particular, the light from the
상기 변조된 광(106)(예를 들어, 변조된 광 빔)은 광의 상기 커플링 아웃에 의해 결정되거나 또는 상기 커플링 아웃을 변조하기 위해 사용되는 액정의 상태의 기능으로서 세기 또는 밝기, 즉 '광 커플링'을 갖는다. 일부 예에서, 상기 액정(LC) 변조된 광 커플링은 상기 변조된 광(106)의 세기를 두 상태 사이에서 전환하거나 변경하도록 구성된다. 상기 두개의 상태 중 제1 상태 또는 '온(ON)' 상태는 상기 변조된 광(106)의 풀(full) 또는 최대 세기일 수 있고, 제2 상태 또는 '오프(OFF)' 상태는 상기 액정 결합 광변조기(100)에 의해 생성된 상기 변조된 광(106)의 최소 세기(즉, 실질적으로 빛이 없는)를 나타낼 수 있다. 다른 예에서, 상기 액정(LC) 변조된 광 커플링은 복수의 세기 값 또는 상태를 갖는 변조된 광(106)을 생성할 수 있다. 포괄적으로, 상기 복수의 세기 상태는 상기 ON 상태와 상기 오프(OFF) 상태 사이에서 변동할 수 있다. The modulated light 106 (e.g., a modulated light beam) is a function of the state of the liquid crystal that is determined by the coupling out of light or used to modulate the coupling out, such as intensity or brightness, Optical coupling '. In some examples, the liquid crystal (LC) modulated optical coupling is configured to toggle the intensity of the modulated light 106 between two states. The first state or the ON state of the two states may be a full or maximum intensity of the modulated
다양한 예에 있어서, 상기 광원(104)은 실질적으로 하나 이상의 발광 다이오드(LED), 형광 및 레이저를 포함하지만 이에 한정되지 않는 어떤 광원일 수 있다. 일부 예에서, 상기 광원(104)은 특정 색으로 표시되는 협대역 스펙트럼을 갖는 실질적으로 단색인 가이드된 광(102)을 생성할 수 있다. 특히, 상기 단색의 가이드된 광(102)의 색은 특정한 색 범위의 기본색이거나 색 모델(예를 들어, 레드-그린-블루(RGB) 색 모델)일 수 있다. 상기 광원(104)은 적색 LED일 수 있고 상기 단색의 가이드된 광(102)은 실질적으로 적색이다. 상기 광원(104)은 녹색 LED일 수 있고 상기 단색의 가이드된 광(102)은 실질적으로 녹색이다. 상기 광원(104)은 청색 LED일 수 있고 상기 단색의 가이드된 광(102)은 실질적으로 청색이다. 다른 예에서, 상기 광원(104)에 의해 공급된 상기 가이드된 광(102)은 실질적으로 광대역 스펙트럼을 갖는다. 예를 들어, 상기 광원(104)에 의해 생성된 상기 가이드된 광(102)은 백색광일 수 있다. 상기 광원(104)은 백색광을 생성하는 형광일 수 있다. In various examples, the
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 액정 결합 광변조기(100)는 광 가이드(110)를 포함한다. 예를 들어, 상기 광 가이드(110)는 슬라브 또는 플레이트 광 가이드를 포함할 수 있다. 상기 광 가이드(110)는 상기 광원(104)으로부터의 상기 광을 가이드하도록 구성된다. 특히, 다양한 예에 따라, 상기 광 가이드(110)는 전반사를 이용하여 상기 광을 가이드된 광(102)으로서 가이드한다. As shown in FIGS. 1 and 2, the liquid crystal coupled
상기 광 가이드(110)는 광 도파로로서 구성된 유전체를 포함할 수 있다. 상기 유전체는 상기 유전체 광 도파로를 둘러싸는 매체의 굴절률보다 큰 굴절률을 가질 수 있다. 하나 이상의 가이드된 모드에 따라서, 상기 광 가이드(110)에서 상기 유전체와 상기 둘러싸는 매체의 굴절률 간의 상기 차이가 상기 가이드된 광(102)의 전반사를 용이하게 하도록 구성된다. 일부 예에서, 상기 가이드된 광(102)은 상기 광 가이드(110)의 단부로 결합되어 그 단부의 길이를 따라 전파될 수 있다. 예를 들어, 렌즈(미도시)는 상기 단부에서 상기 광 가이드(110)로의 광의 커플링을 용이하게 할 수 있다. The
일부 예에서(예를 들어, 도 1에서 단면으로 도시된 바와 같이), 상기 광 가이드(110)는 슬라브 또는 플레이트 광 도파로이다. 일부 예에 따라, 상기 슬라브 또는 플레이트 광 도파로는 실질적으로 단단한 광학적으로 투명한 재료의 시트일 수 있다. 일부 예에서, 상기 광 가이드(110)는 상기 광 가이드(110)의 표면(미도시)의 일부 위에 클래딩(cladding) 층을 포함할 수 있다. 상기 클래딩 층은 전반사를 보다 용이하게 하기 위해서 이용될 수 있다. 일부 예에서, 상기 광 가이드(110)의 광학적으로 투명한 재료의 상기 시트는 유전체가 연장된 실질적으로 평면 시트이다. 다양한 예에 따르면, 상기 광학적으로 투명한 재료는 다양한 타입의 유리(예를 들어, 석영 유리, 알칼리-알루미노실리케이트 유리, 붕규산염 유리 등) 및 광학적으로 투명한 플라스틱 또는 폴리머(예를 들어, 폴리메틸메타크릴레이트) 또는 아크릴 유리, 폴리카보네이트 등)을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다양한 유전체 중 어떤 것을 포함하거나 그것으로 이루어질 수 있다. In some instances (e.g., as shown in cross section in Figure 1), the
도 1 및 도 2에서 상기 실선 화살표로 도시된 바와 같이, 상기 광원(104)으로부터의 상기 가이드된 광(102)은 상기 광 가이드(110)를 따라 주로 수평 방향으로 전파될 수 있다. 상기한 바와 같이, 상기 가이드된 광(102)의 상기 일반적으로 수평 전파 방향으로의 전파는, 하나 이상의 상기 광 가이드(110)의 광학 모드와 관련된 전파되는 빛의 평면파를 나타내는 하나 이상 광 빔에 따를 수 있다. 특히, 상기 가이드된 광(102)의 광 빔은, 상기 광 가이드(110)의 유전체와 상기 둘러싸는 매체 간의 경계면에서 상기 광 가이드(110)의 재료와 상기 둘러싸는 매체 간의 상기 굴절률 차이로 인하여 상기 광 가이드(110)의 '벽(wall)'에서 실질적으로 산란하거나 반사할 수 있다. 상기 전반사는, 상기 광 빔이 상기 경계면에 대해 임계각 보다 큰 입사각 로 상기 경계면를 접하고 상기 둘러싸는 매체(즉, 상기 경계면에서 상기 광 가이드(110) 외부의 상기 매체)가 상기 광 가이드 굴절률(즉, 전반사 조건)보다 작은 굴절률을 갖는 경우에 발생한다. 여기에서, 상기 임계각 는 로 주어진 수직 경계면에 대해 상대적으로 측정된 각도로서 정의된다. 여기서, 은 상기 광 가이드 굴절률이고 는 상기 광 가이드(110) 외부에서 상기 둘러싸는 매체의 굴절률이다. 다양한 예에 따라서, 상기 전반사는 상기 가이드된 광(102)이 상기 광 가이드(110)에서 가이드되도록 한다. The guided light 102 from the
도 1 및 도 2에 도시된 상기 액정 결합 광변조기(100)는 회절격자(120)를 더 포함한다. 도 1 및 도 2은 예로서 복수의 회절격자(120)를 도시한다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 회절격자(120)는 상기 광 가이드(110)의 표면에 인접하나 그 표면으로부터 분리되거나 이격된다. 후술하는 바와 같이, 상기 회절격자(120)는 커플 아웃된 상기 가이드된 광(102)의 일부를 상기 광 가이드(110)의 표면을 통해 회절성으로 리다이렉트하도록 구성된다. 다양한 예에 따르면, 상기 회절격자(120)는 상기 가이드된 광(102)의 커플 아웃된 일부를 상기 광 가이드(110)에서 상기 가이드된 광(102)의 전파의 방향과 다른 방향으로 회절성으로 리다이렉트한다. 상기 가이드된 광(102)의 회절성으로 리다이렉트되고 커플 아웃된 일부는 상기 표면에 상대적인 회절 각도에서 상기 광 가이드(110)의 표면으로부터 멀어지는 방향으로 향할 수 있다. 예를 들어, 상기 회절 각도는 60도와 120도 사이일 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 회절 각도는 예를 들어 약 90도이다. 상기 가이드된 광(102)의 커플 아웃된 일부는 상기 액정 결합 광변조기(100)로부터 방출된 상기 변조된 광(106)이다. 상기 쇄선 화살표는 도 1 및 도 2에서 상기 변조된 광(106)을 도시하기 위해 사용되어 광의 변조를 더 강조한다. The liquid crystal coupled
상기 회절격자(120)는 각각 재료층의 표면 내로 침투하거나 그 표면으로부터 연장되는 복수의 홈 또는 융기부를 포함할 수 있다. 상기 홈은 상기 재료층 표면에 가공되거나 성형될 수 있다. 예를 들어, 도 1은 상기 회절격자(120)를 상기 광 가이드(110)에 인접하지만 광 가이드(110)로부터 이격된 재료층(122)의 상면을 관통하는 복수의 평행한 홈으로서 도시한다. 일부 예에 따라, 상기 재료층(122)은 후술하는 구멍(140)의 뚜껑(144)일 수 있다. 다른 예(미도시)에서, 상기 회절격자(120)는 상기 재료층(122)의 하면에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 재료층(122)은 유전체를 포함하므로 유전체층일 수 있다. 또한, 다양한 예에 따라, 상기 재료층(122)은 상기 액정 결합 광변조기(100)의 동작 파장에서 실질적으로 투명할 수 있다. The
다른 예(미도시)에서, 상기 회절격자(120)는 상기 재료층(122)의 표면에 도포되거나 부착된 필름 또는 층일수 있다. 다양한 예에 따르면, 상기 필름은 상기 회절격자(120)를 형성하기 위하여 범프, 홈 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 회절격자(120)를 제공하는 상기 필름 또는 층은 상기 재료층(122)의 상면에 적용될 수 있다. 다른 예(미도시)에서, 상기 회절격자(120)를 제공하는 상기 필름 또는 층은 상기 재료층(122)의 하면에 적용될 수 있다. In another example (not shown), the
또 다른 예에서, 상기 회절격자(120)는 상기 재료층(122) 자체 내의 재료 변형을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 재료층(122)은 회절을 생성하기 위하여 상기 재료층(122)의 표면에 실질적으로 평행한 방향에서 변하는 굴절률을 가질 수 있다. 또 다른 예에서, 상기 회절격자(120)는 회절을 제공하기 위하여 패터닝된 금속층(예를 들어, 얇고 긴 금속 조각)을 포함하지만 이에 한정되지 않는 층일 수 있다. 패터닝된 금속층은 예를 들어 반사성 회절격자(120)로서 이용될 수 있다. In another example, the
일부 예에서, 상기 회절격자(120)는 투과성 회절격자(120)로서 회절성으로 리다이렉트된 광이 상기 회절격자(120)를 통과하거나 실질적으로 투과한다. 다른 예에서, 상기 회절격자(120)는 반사성 회절격자(120)로서 입사광이 상기 회절격자(120)에 의해 회절성으로 리다이렉트되고 또한 반사된다. 일부 예에서, 상기 회절격자(120)를 정의하는 상기 홈, 융기부 또는 다른 특징은 상기 광 가이드(110)에서 상기 가이드된 광(102)의 전파 방향에 실질적으로 수직이다. 다른 예에서, 상기 홈, 융기부 또는 다른 특징은 상기 전파 방향에 비스듬하게(예를 들어, 수직 외의 각도로) 상기 표면 상에 배향될 수 있다. In some instances, the
상기 액정 결합 광변조기(100)는 상기 회절격자(120)와 상기 광 가이드(110) 사이에 개재된 액정(130)을 더 포함한다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 액정(130)은 상기 회절격자(120)를 포함하거나 갖는 상기 재료층(122)과 상기 광 가이드(110)의 상면 사이에 개재될 수 있다. The liquid crystal coupled
다양한 예에 있어서, 상기 액정(130)은 상기 광 가이드(110)의 표면과 접촉한다. 일부 예에서, 상기 액정(130)은 상기 광 가이드 표면의 단지 일부와 접촉할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 액정(130)은 상기 회절격자(120)의 부근에 대응하는 상기 광 가이드 표면의 단지 일부와 접촉한다. 한편, 도 2는 상기 액정(130)이 상기 광 가이드(110)의 상면 전체와 실질적으로 접촉함을 도시한다. In various examples, the
상기 액정(130)은 상기 광 가이드(110)의 표면에서 전반사를 방지하도록 구성된 제1 굴절률을 갖는 상태(즉, 제1 굴절률 상태)를 갖는다. 일부 예에서, 상기 제1 굴절률은 상기 광 가이드(110)의 굴절률(또는 그 재료의)과 실질적으로 일치하거나 초과하도록 구성된다. 상기 제1 굴절률은 전반사를 위한 상기 조건을 실질적으로 위반하거나 지원하지 않음으로써 상기 광 가이드(110)의 표면에서 전반사를 방지한다. 특히, 여기에서 '상기 전반사를 방지한다'는 것은 전반사가 상기 제1 굴절률을 갖는 상기 액정(130)과 접촉하는 상기 표면에서 실질적으로 방지되거나 또는 대부분 일어나지 않음을 의미한다. 특히, 상기 제1 굴절률이 상기 광 가이드 표면에서 상기 전반사 조건을 지원하지 않으므로 상기 광 가이드(110) 표면과 접촉하는 상기 액정(130)의 제1 굴절률은 상기 표면에서 전반사를 실질적으로 방지한다. 상기 표면에서 전반사를 방지함으로써 상기 가이드된 광(102)의 일부가 상기 광 가이드(110)에서 벗어나거나 새어나가 상기 액정(130) 안으로 들어가도록 한다. The
또한, 상기 액정(130)은 상기 광 가이드(110)내에 전반사를 용이하게 하도록 구성된 제2 굴절률을 갖는 다른 상태(즉, 제2 굴절률 상태)를 갖는다. 여기에서 '상기 전반사를 용이하게 한다'는 것은 전반사가 상기 액정(130)과 접촉하는 상기 표면에서 일어날 수 있거나 일어나는 것을 의미한다. 특히, 상기 표면에서 상기 제2 굴절률은 상기 광 가이드(110)의 전반사 조건을 만족하거나 초과한다. 다양한 예에 따르면, 상기 제2 굴절률은 상기 광 가이드(110)의 굴절률보다 일반적으로 작고 일부 예에서는 실질적으로 작다. In addition, the
일부 예에서, 상기 제1 굴절률이 상기 정상 굴절률()일 수 있고, 상기 제2 굴절률이 상기 이상 굴절률()일 수 있다. 다른 예에서, 상기 제1 굴절률이 상기 이상 굴절률()일 수 있고 상기 제2 굴절률이 상기 정상 굴절률()일 수 있다. 또 다른 예에서, 상기 액정(130)의 상기 제1 및 제2 굴절률 중 하나 또는 둘 다는 상기 이상 굴절률()과 상기 정상 굴절률()이 아닐 수 있다. In some examples, the first refractive index is less than the normal refractive index ), And the second refractive index may be the extraordinary refractive index ( ). In another example, when the first refractive index is less than the extraordinary refractive index ( ) And the second refractive index is the normal refractive index ( ). In another example, one or both of the first and second refractive indexes of the
일부 예에 따르면, 상기 각각의 굴절률이 서로의 약 10 퍼센트 내지 약 20 퍼센트 이내의 값을 갖거나 또는 그 이하인 경우, 상기 광 가이드 재료의 굴절률('광 가이드 굴절률')과 상기 액정의 상기 제1 굴절률 상태의 상기 제1 굴절률이 '실질적으로 일치된' 것으로서 정의된다. 일부 예에서, 상기 굴절률 간의 차이가 약 5 퍼센트 이내이면 일치된다고 간주된다. 일부 예에서, 상기 굴절률 간의 차이가 약 5 퍼센트 이내이면 일치되었다고 간주된다. 여기에서 정의에 의해, 예를 들어 약 1.55의 제1 굴절률은 약 1.5의 광 가이드 굴절률과 일치하거나 초과한다고 간주될 수 있다. 정의에 의해, 상기 제1 굴절률이 상기 광 가이드 굴절률보다 큰 경우, 상기 제1 굴절률이 상기 광 가이드 굴절률을 초과한다. 예를 들어, 상기 제1 굴절률이 상기 광 가이드 굴절률보다 1 퍼센트 큰 경우, 정의에 의해, 상기 제1 굴절률이 상기 광 가이드 굴절률을 '초과'한다. According to some examples, the index of refraction (the 'optical guide refractive index') of the optical guide material and the refractive index of the first liquid crystal of the liquid crystal, respectively, when the respective refractive indexes have values within about 10 percent to about 20 percent of each other or below The first refractive index of the refractive index state is defined as being 'substantially matched'. In some instances, if the difference between the refractive indices is within about 5 percent, it is considered to be consistent. In some instances, if the difference between the refractive indices is within about 5 percent, it is considered to be a match. By definition herein, for example, a first refractive index of about 1.55 can be considered to match or exceed a refractive index of the optical guide of about 1.5. By definition, when the first refractive index is larger than the refractive index of the light guide, the first refractive index exceeds the refractive index of the light guide. For example, by definition, if the first index of refraction is 1 percent greater than the index of refraction of the light guide, the first index of refraction 'exceeds' the index of refraction of the light guide.
다양한 예에 있어서, 상기 액정(130)의 제2 굴절률은 전반사에 의하여 광을 상기 광 가이드(110) 내에 실질적으로 가두기 위하여 상기 광 가이드 굴절률 대비 상대적으로 충분히 낮도록 구성된다. 특히, 여기에서 정의에 의해, 상기 제2 굴절률은 상기 광 가이드(110)의 전반사 조건이 만족되는 경우 상기 광 가이드(110)의 굴절률보다 '더 작다'고 간주될 수 있다. 일부 예에서, 상기 각각의 굴절률 값이 서로 약 5 퍼센트 내지 약 20 퍼센트 이상 다르고 상기 광 가이드 재료의 굴절률이 상기 제2 굴절률보다 큰 경우, 상기 제2 굴절률이 충분히 작거나 작다고 간주된다. 예를 들어, 약 1.4의 제2 굴절률은 약 1.5의 광 가이드 굴절률보다 약 7 퍼센트 '더 작으므로' 전반사를 용이하게 할 것이다. 하지만, 일부 예에 따라, 상기 제2 굴절률은 상기 광 가이드의 굴절률보다 작기만 하다면 전반사를 여전히 실질적으로 용이하게 할 수 있으므로 사용될 수 있다. In various embodiments, the second refractive index of the
전술한 바와 같이, 상기 액정(130)이 상기 회절격자(120)와 관련된 상기 광 가이드 표면의 일부에 실질적으로 제한될 수 있다. 특히, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 액정(130)은 상기 광 가이드(110)의 상면의 외부에서 그 상면에 접촉하여 실질적으로 제한된다. 또한, 도 1에 도시된 상기 액정(130)이 상기 회절격자(120) 아래에, 즉 상기 회절격자(120)와 상기 광 가이드(110) 사이에 위치한다. 예를 들어, 상기 액정(130)은 상기 회절격자(120)의 부근에서 하우징(housing) 또는 상기 광 가이드(110)의 표면 위의 홀에 의해 또는 그 안에 제한될 수 있다. The
특히, 액정 결합 광변조기(100)는 상기 광 가이드(110)의 표면에서 그 표면에 인접하게 상기 액정(130)을 제한시키기 위하여 구멍(140)을 더 포함할 수 있다. 상기 구멍(140)는 상기 광 가이드 표면에 인접하여 그 표면으로부터 멀어지도록 뻗는 한 쌍의 벽(142, 142')을 포함할 수 있다. 상기 구멍(140)은 상기 벽(142, 142') 사이를 메우기 위하여 뚜껑(144)을 더 포함하여 상기 액정(130)을 추가적으로 가둔다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 뚜껑(144)은 상기 회절격자(120)를 지지하거나 포함하는 상기 재료층(122)(예를 들어, 유전체층)일 수 있다. 상기 한 쌍의 벽(142, 142')과 상기 뚜껑(144)은 함께 상기 광 가이드(110)의 표면과 접촉하는 상기 액정(130)을 제한시키도록 구성된다. 상기 뚜껑(144)은 광학적으로 투명한 유전체(예를 들어, 유리 또는 플라스틱)로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 뚜껑(144)은 상기 회절격자(120)를 포함하거나 적어도 지지할 수 있다. 일부 예에서, 상기 벽(142, 142')도 광학적으로 투명한 유전체로 이루어질 수 있다. In particular, the liquid crystal coupled
다른 예에서(도 2 참조), 상기 액정(130)은 복수의 회절격자(120)와 관련된 상기 광 가이드(110)의 일부(예를 들어, 전체 길이)를 따라 층 또는 공간 내에 위치하고 있다. 특히, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 액정(130)은 상기 광 가이드(110)와 상기 광 가이드(110)에 실질적으로 평행한 재료층 또는 시트(122) 사이에 가둘 수 있다. 예를 들어, 상기 회절격자(120)는 상기 재료층 또는 시트(122) 위에 위치할 수 있다. In another example (see FIG. 2), the
상기 액정(130)은 굴절률이 서로 다른 제1 상태 및 제2 상태를 갖는 어떠한 액정 물질을 실질적으로 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 상태의 굴절률이 전반사를 방지하기 위하여 상기 광 가이드 굴절률과 실질적으로 일치하거나 초과한다. 예를 들어, 상기한 바와 같이, 상기 액정(130)은 네마틱 액정(즉 네마틱 상, 카이랄 또는 콜레스테릭 네마틱 상 등을 나타내는 액정물질), 스메틱 액정(예를 들어, 스메틱 상 A 또는 스메틱 상 C를 나타내는 액정 물질), 디스코틱 상 액정 및 다양한 다른 복굴절 액정 물질 중 하나 이상을 포함할 수 있다. The
일부 예에서, 상기 액정(130)은 하나의 상태(예를 들어, 상기 제1 굴절률 상태)가 상기 네마틱 액정 분자의 수평 배향을 특징으로 하고 다른 상태(예를 들어, 상기 제2 굴절률 상태)가 상기 네마틱 액정 분자의 수직 배향에 의해 제공되는 네마틱 액정을 포함한다. 상기 수평 배향은 상기 제1 굴절률을 제공할 수 있고 상기 수직 배향은 상기 제2 굴절률을 제공할 수 있다. 이와 달리, 다른 예에서, 상기 수직 배향이 상기 제1 굴절률을 제공할 수 있고 상기 수평 배향이 상기 제2 굴절률을 제공할 수 있다. In some instances, the
예를 들어, TE(transverse electric) 편광(예를 들어, 광(102))은 상기 수평 배향에 의해 제공되는 제1 굴절률 상태에서 상기 네마틱 액정(130)을 통과하거나 마주치는 경우 비교적 더 높은 굴절률을 경험한다. 상기 TE 편광은 상기 수직 배향에 기인한 제2 굴절률 상태에서 동일한 네마틱 액정(130)을 마주치는 경우 비교적 더 낮은 굴절률을 경험한다. 상기 제1 굴절률 상태의 비교적 더 높은 굴절률은 상기 광 가이드(110)의 굴절률과 일치하거나 초과하여 상기 TE 편광에 대해 전반사가 방지된다. 이처럼, 변조된 광(106)은, 상기 네마틱 액정(130)이 상기 제1 굴절률 상태이고 상기 가이드된 광(102)이 TE 편광된 경우 상기 광 가이드(110) 외부로 결합되고 상기 회절격자(120)에 의해 회절성으로 리다이렉트되어 상기 액정 결합 광변조기(100)로부터 방출(즉, 상기 변조된 광(106))을 생성할 수 있다. 이와 달리, 상기 TE 편광이 경험하는 상기 수직 배향 상태에서의 상기 네마틱 액정(130)과의 굴절률은 상기 광 가이드(110)의 굴절률보다 충분히 낮을 수 있어서 전반사를 용이하게 할 수 있고, 따라서 상기 액정 결합 광변조기(100)로부터의 변조된 광(106)의 방출을 실질적으로 방지하거나 적어도 최소화할 수 있다. For example, transverse electric (TE) polarized light (e.g., light 102) may pass through the nematic
다른 예에서, TM(transverse magnetic) 편광을 갖는 광(예를 들어, 광(102))은 상기 수평 배향 상태에서의 상기 네마틱 액정(130)과 상호작용하는 경우 비교적 더 낮은 굴절률을 경험할 수 있고, 상기 수직 배향을 갖는 동일한 네마틱 액정(130)과 마주치는 경우 비교적 더 높은 굴절률을 경험할 수 있다. 여전히, 상기 비교적 더 높은 굴절률(제2 굴절률 상태)이 상기 광 가이드 재료의 굴절률과 실질적으로 일치하거나 초과하면, 전반사가 방지될 수 있다. 이처럼, 상기 TM 편광에 대한 상기 수직 배향 상태에서의 상기 네마틱 액정(130)과의 전반사는 방지될 수 있다. 상기 방지된 전반사는 상기 가이드된 광(102)이 상기 광 가이드(110)로부터 커플 아웃되고 상기 회절격자(120)에 의한 상기 커플 아웃된 광의 회절성 리다이렉션이 용이해질 수 있음을 의미한다. 굴절률(즉, 상기 제1 및 제2 굴절률 상태), 광 편광 및 광 가이드 굴절률의 다른 여러 가지 순열이 가능하다는 것은 자명할 것이다. 이와 같은 순열은 모두 본 명세서에서 설명된 상기 원리의 범위 내에 있다. In another example, light (e.g., light 102) having transverse magnetic polarization (TM) may experience a relatively lower refractive index when interacting with the nematic
상기 액정(130)으로서 사용될 수 있는 액정 물질의 예는 4'-펜틸-4-바이페닐카르보나이트릴, 4-트랜스-펜틸시클로헥실벤조니트릴, MLC-9200-00, MLC-9200-100, MLC-6241-000, MLC-6608, TL-216 및 E44를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 4'-펜틸-4-바이페닐카르보나이트릴은 수직 배향 상태에서 TE 편광에 대해서 약 1.5의 굴절률을 나타내고 TM 편광에 대해서 약 1.7의 굴절률을 나타낸다. 그러나, 수평 배향 상태인 경우, 4'-펜틸-4-바이페닐카르보나이트릴은 TE 편광에 대해서 약 1.7의 굴절률을 나타내고 TM 편광에 대해서 약 1.5의 굴절률을 나타낸다. 4'-펜틸-4-바이페닐카르보나이트릴은 미국 미주리주 세인트루이스(St.) 소재 씨그마 알드리치 유한 책임 회사(Sigma-Aldrich, LLC)로부터 5CB 액정으로서 구매 가능하다. 4-트랜스-펜틸시클로헥실벤조니트릴은 중국 소재 메이슨 화학 유한회사(Maison Chemical Co Ltd, China.)에 의해 제조된 5PCH 액정으로서 구매 가능하다. 액정 MLC-9200-00, MLC-9200-100, MLC-6241-000, MLC-6608, TL-216 및 E44는 독일 다름슈타트 소재 머크(Merck)에 의해 제조된다. Examples of the liquid crystal material usable as the
일부 예에서, 액정 결합 광변조기(100)는 전극(150)을 더 포함한다. 상기 전극(150)은 상기 액정(130)의 상기 제1 굴절률 상태 및 상기 제2 굴절률 상태 중 하나 또는 둘 다를 생성하는 전기장을 제공하기 위해 이용된다. 예를 들어, 상기 전기장은 상기 액정(130)의 상기 제1 굴절률 상태를 생성할 수 있고, 상기 전기장이 없는 경우 상기 액정(130)이 상기 제2 굴절률 상태로 복귀하도록 할 수 있다. 다른 예에서, 상기 제2 굴절률 상태는 상기 전기장을 인가함으로써 생성될 수 있고, 상기 제1 굴절률 상태는 상기 전기장이 없는 경우에 제공된다. 또 다른 예에서, 상기 전극(150)에 의해 제공된 제1 전기장은 상기 제1 굴절률 상태를 생성하고 상기 전극(150)에 의해 제공된 제2 전기장은 상기 액정(130)의 제2 굴절률 상태를 생성한다. In some examples, the liquid crystal coupled
일부 예에서, 복수의 전극(150)이 상기 액정(130) 전체에 상기 전기장을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 일부 예에 따라, 특히, 액정 결합 광변조기(100)는 상기 액정(130)의 양 옆에 위치한 제1 전극(150) 및 제2 전극(150')을 포함하여 상기 액정(130) 전체에 상기 전기장을 제공할 수 있다. 도 1에서, 한정이 아닌 예에 의하여, 상기 제2 전극(150')은 상기 구멍(140)의 뚜껑(144) 위에 도시되어 있고, 상기 제1 전극(150)은 상기 광 가이드(110)의 뒤쪽 표면에 도시되어 있다. 다른 예(미도시)에서, 상기 제1 전극(150)은 상기 광 가이드(110)의 뒤쪽 표면 대신에 상기 구멍(140)의 뒤쪽 또는 바닥(예를 들어, 상기 광 가이드 표면) 위에 위치할 수 있다. 또 다른 예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 전극(150, 150')은 상기 액정(130) 위와 아래의 반대되는 표면(예를 들어, 상기 회절격자(120)의 하면 및 상기 광 가이드(110)의 상면) 위에 위치할 수 있다. 일부 예에서, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 전극(150, 150') 쌍은 복수의 회절격자(120) 중 대응하는 회절격자(120)과 같이 정렬될 수 있다. 다양한 예에 따르면, 상기 제1 전극(150)과 상기 제2 전극(150') 중 하나 또는 둘 다는 인듐 주석 산화물(ITO), 불소도핑 주석 산화물(FTO), 도핑된 아연 산화물 또는 다양한 전도성 유기 필름 등의 투명한 도체 재료이지만 이에 한정되지 않는 투명한 도체 재료를 포함할 수 있다. In some examples, a plurality of
상기 전극(150, 150')에 제1 전압을 인가함으로써 제공된 전기장은 상기 상태 중 하나 또는 둘 다를 바꾸고 상기 광 가이드(110)와 접촉하는 상기 액정(130)의 제1 굴절률 상태를 설정하기 위해 이용될 수 있다. 또한, 상기 전극(150, 150')에 제2 전압의 인가는 상기 상태 중 하나 또는 둘 다를 바꾸고 상기 광 가이드(110)와 접촉하는 상기 액정(130)의 제1 굴절률 상태를 설정하기 위해 이용될 수 있다. 일부 예에서, 상기 제1 및 제2 전압 중 하나는 대략 0 V이고, 다른 전압은 실질적으로 0 V와 달라서 상기 변화를 야기하거나 상기 상태를 설정한다. 일부 예에서, 상기 제1 및 제2 전압 중 하나 또는 둘 다는 교류(alternating current, AC) 전압을 나타낸다. 다양한 예에 따라, 상기 제1 및 제2 전극(150, 150') 쌍은 상기 대응하는 회절격자(120)를 상기 광 가이드(110)를 따라 턴-온 하거나 턴-오프하기 위하여 선택적으로 활성화될 수 있다. The electric field provided by applying a first voltage to the
일부 예에서, 액정 결합 광변조기(100)는 실질적으로 투명하다. 특히, 일부 예에 따라, 상기 광 가이드(110), 상기 회절격자(120) 및 적어도 상기 제1 굴절률 상태에 있는 상기 액정(130)은 상기 광 가이드(110)에서 광 전파의 방향에 직교하는 방향으로 광학적으로 투명할 수 있다. 예를 들어, 광학적 투명은 상기 액정 결합 광변조기(100)의 일측 상의 물체가 반대측에서 보이도록 할 수 있다. In some instances, the liquid crystal coupled
도 3a는 본 명세서에서 설명된 상기 원리에 일치하는 예에 따른 액정 결합 광변조기(100)의 일부의 단면도이다. 도 3b는 본 명세서에서 설명된 상기 원리에 일치하는 예에 따른 도 3a의 상기 액정 결합 광변조기(100)의 일부의 단면도이다. 특히, 도 3a는 상기 광 가이드(110)의 재료의 상기 굴절률()과 일치하거나 초과하는 상기 제1 굴절률()을 갖는 상기 제1 굴절률 상태(즉, )에 있는 상기 액정(130)을 갖는 상기 액정 결합 광변조기(100)를 도시한다. 도 3b은 상기 액정(130)이 상기 광 가이드 굴절률()보다 작은 상기 제2 굴절률()을 갖는 상기 제2 굴절률 상태(즉, )에 있음을 도시한다. 또한, 도 3a 및 도 3b는 실질적으로 상기 광 가이드 표면의 외부에 제한되어 있으나 그 표면에 접촉하는 상기 액정(130)을 도시한다. 3A is a cross-sectional view of a portion of a liquid crystal coupled
도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 액정(130)과 상기 광 가이드(110)의 굴절률의 상대적인 값이 상기 전반사를 방지하고, 상기 가이드된 광(102)이 상기 광 가이드(110)에서 커플 아웃되어 상기 회절격자(120)로 결합된다. 상기 커플 아웃된 광(102')이 도 3a에서 속이 빈 화살표에 의해 도시되어 있다. 예를 들어, 상기 광 가이드 재료의 굴절률은 약 1.7일 수 있고, 상기 액정(130)의 제1 굴절률 상태는 약 1.7의 굴절률을 야기하는 상기 액정 분자의 수직 배향(즉, 가이드된 광(102)에 대해)에 의하여 제공될 수 있다. 1.7에서 상기 굴절률 간의 일치는 상기 광 가이드(110)의 표면이 상기 액정(130)으로부터 실질적으로 구분되지 않도록 하고, 이에 따라 상기 광 가이드(110)에서 가이드된 상기 광(102)의 전반사를 방지한다. 3A, a relative value of the refractive indexes of the
도 3b에서, 상기 액정(130)이 약 1.5의 굴절률(즉, 상기 가이드된 광(102)에 대해)을 갖는 상기 액정(130) 분자의 수평 배향에 의해 제공되는 상기 제2 굴절률 상태로 전환되었다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 액정(130)의 굴절률이 상기 광 가이드(110)의 굴절률보다 작다는 것은 전반사를 용이하게 한다. 이처럼, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 가이드된 광(102)은 상기 광 가이드(110)의 외부에서 결합되지 않는다. 3B, the
일부 예에서, 도 3a에 더 어둡게 빗금친 영역으로 도시된 바와 같이, 상기 제1 굴절률 상태는 상기 회절격자(120)의 부근에서만 제공될 수 있다(예를 들어, 전기장을 인가함으로써). 상기 회절격자 부근의 외부에서, 도시된 바와 같이, 전반사에 의하여 상기 광 가이드(110)를 따라 가이드된 광(102)의 가이딩을 촉진하기 위하여, 상기 액정은 상기 제2 굴절률 상태에서 유지될 수 있다. In some instances, the first refractive index state may be provided only in the vicinity of the diffraction grating 120 (e.g., by applying an electric field), as shown by a darker shaded area in FIG. To facilitate guiding of light 102 guided along the
여기에서 설명된 상기 원리의 일부 예에 따라서, 전자 디스플레이가 제공된다. 도 4는 본 명세서에서 설명된 상기 원리에 일치하는 예에 따른 전자 디스플레이(200)의 블록도를 도시한다. 상기 전자 디스플레이(200)는 액정 커플링 변조를 이용하여 상기 디스플레이(200)의 화소를 변조한다. 또한, 방출된 변조 광(206)이 우선적으로 상기 전자 디스플레이(200)의 시야 방향으로 향할 수 있다. According to some examples of the principles described herein, an electronic display is provided. FIG. 4 shows a block diagram of an
도 4에 도시된 상기 전자 디스플레이(200)는 광 가이드(210)를 포함한다. 상기 광 가이드(210)은 광원(212)으로부터의 광(202)을 유도하도록 구성된다. 예를 들어, 상기 광 가이드(210)는 상기 전자 디스플레이(200)의 백라이트 광 가이드일 수 있다. 일부 예에 따라, 상기 광원(212)으로부터의 상기 광(202)은 전반사에 의해 상기 광 가이드(210)의 전면과 후면 사이로 가이드된다. 예를 들어, 상기 광원(212)은 상기 액정 결합 광변조기(100)에 대해 전술한 상기 광원(104)과 실질적으로 유사할 수 있다. 또한, 일부 예에서, 상기 광 가이드(210)는 상기 액정 결합 광변조기(100)에 대해 전술한 상기 광 가이드(110)와 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 상기 광 가이드(210)는 슬라브 또는 플레이트 광 도파로일 수 있다. The
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 전자 디스플레이(200)는 상기 광 가이드(210)의 표면에 인접하지만 그 표면으로부터 이격된 복수의 회절격자(220)를 더 포함한다. 상기 복수의 회절격자(220)는 상기 광 가이드(210)의 표면을 통해 커플 아웃된 상기 가이드된 광(202)의 일부를 회절성으로 리다이렉트하도록 구성된다. 특히, 상기 복수의 회절격자(220)는 상기 가이드된 광(202)의 서로 다른 커플 아웃된 일부(202')를 각각 회절성으로 리다이렉트할 수 있다. 일부 예에 따르면, 상기 복수의 회절격자(220)는 상기 액정 결합 광변조기(100)에 대해 전술한 상기 회절격자(120)와 실질적으로 유사하다. 예를 들어, 상기 복수의 회절격자(220)는 상기 광 가이드(210)의 표면에 인접하지만 그 표면으로부터 이격된 층에서 복수의 특징(예를 들어, 홈, 융기부, 범프, 구멍 또는 이들의 조합)을 포함하거나 그 특징으로 이루어질 수 있다. 일부 예에서, 상기 서로 다른 복수의 회절격자(220)는 상기 가이드된 광(202)의 서로 다른 커플 아웃된 일부(202')를 회절성으로 리다이렉트하도록 선택적으로 구성되고 추가적으로 상기 서로 다른 커플 아웃된 일부(202')를 서로 다른 방향으로 회절성으로 리다이렉트하게 구성되어, 3차원(3D) 전자 디스플레이(200)를 생성할 수 있다. As shown in FIG. 4, the
상기 전자 디스플레이(200)는 상기 광 가이드(210) 및 상기 회절격자(220)와 접촉하는 액정(230)을 더 포함한다. 상기 액정(230)은 상기 광 가이드(210) 내에서 전반사를 방지하기 위하여 제1 굴절률을 갖는 선택가능한 제1 굴절률 상태를 갖는다. 상기 액정(230)은 상기 전반사를 용이하게 하기 위해서 제2 굴절률을 갖는 선택가능한 제2 굴절률 상태를 갖는다. 특히, 상기 제1 굴절률은 실질적으로 상기 광 가이드(210)의 굴절률과 일치하거나 초과하도록 구성되고, 상기 제2 굴절률은 상기 광 가이드(210)의 굴절률보다 작다. 상기 선택가능한 제1 및 제2 굴절률 상태와 대응하는 회절격자(220)의 선택은 커플 아웃된 광의 상기 일부(202')를 상기 전자 디스플레이(200)의 변조된 화소로서 변조하도록 구성된다. 구체적으로, 상기 전자 디스플레이(200)의 화소는 상기 제1 및 제2 굴절률 상태 간의 선택에 의해 변조된 상기 가이드된 광의 상기 커플 아웃되고 회절성으로 리다이렉트된 일부(206)를 포함한다. The
일부 예에서, 상기 액정(230)은 상기 액정 결합 광변조기(100)에 대해 전술한 상기 액정(130)과 실질적으로 유사하다. 특히, 상기 제1 굴절률 상태는 상기 제1 굴절률을 제공하도록 구성된 상기 액정 분자(230)의 배향을 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 상기 제2 굴절률 상태는 상기 제2 굴절률을 제공하도록 구성된 상기 액정 분자의 다른 배향을 포함할 수 있다. 상기 제1 굴절률은 상기 가이드된 광의 미리 정해진 편광에 대해 상기 광 가이드(210)의 굴절률과 실질적으로 일치하거나 초과하도록 구성될 수 있다. 상기 액정의 제2 굴절률은 상기 가이드된 광의 미리 정해진 편광에 대해 상기 광 가이드(210)의 굴절률과 다르고 실질적으로 작도록 구성될 수 있다. 상기 복수의 대응하는 회절격자(220)의 부근에서 상기 액정 분자의 선택적인 또는 제어된 상태는 상기 전자 디스플레이(200)에 의해 방출된 광의 변조(예를 들어, 화소가 턴-온 되고 턴-오프됨)를 제공한다. 예를 들어, 전극(미도시)이 개별 화소를 변조하기 위하여 상기 복수의 회절격자(220) 각각으로부터의 회절성 커플링을 선택적으로 제어하도록 제공될 수 있다. In some examples, the
본 명세서에서 설명된 상기 원리의 일부 예에 따라서, 액정 결합 광변조 방법이 제공된다. 특히, 상기 액정 결합 광변조 방법은 액정을 이용하여 광 가이드 내에서 교대로 전반사를 방지하고 용이하게 함으로써 광을 변조한다. 상기 액정은 상기 광 가이드의 굴절률과 실질적으로 일치하거나 초과하는 굴절률을 나타냄으로써 전반사를 방지한다. 상기 액정은 상기 광 가이드 재료 굴절률보다 작은 다른 굴절률을 나타냄으로써 전반사를 용이하게 한다. 일부 예에 따라, 상기 액정 결합 광변조 방법은 전술한 상기 액정 결합 광변조기(100)를 이용할 수 있다. According to some examples of the principles described herein, a liquid crystal coupled light modulation method is provided. Particularly, in the liquid crystal combined light modulation method, liquid crystal is used to modulate light by preventing and facilitating total internal reflection alternately in a light guide. The liquid crystal exhibits a refractive index that substantially coincides with or exceeds the refractive index of the light guide, thereby preventing total reflection. The liquid crystal exhibits a different refractive index than the refractive index of the light guide material, thereby facilitating total reflection. According to some examples, the liquid crystal combined light modulator may be the liquid crystal combined
도 5는 여기에서 설명된 상기 원리에 일치하는 예에 따른 액정 결합 광변조 방법(300)의 순서도이다. 상기 액정 결합 광변조 방법(300)은 전반사(TIR)를 이용하여 광 가이드 내에 광을 가이드하는 단계(310)를 포함한다. 일부 예에서, 상기 광 가이드는 상기 액정 결합 광변조기(100)에 대해 전술한 상기 광 가이드(110)와 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 일부 예에서, 상기 광 가이드는 전반사에 의해 상기 광을 상기 시트에서 가이드(310) 하기 위하여 광학적으로 투명한, 실질적으로 단단한 재료의 단단한 시트 또는 슬라브를 포함한다. 광을 상기 광 가이드에서 가이드하는 단계(310)는 상기 시트의 상면 및 하면 사이의 상기 슬라브에서 전파되는 빛을 포함할 수 있다. 5 is a flow diagram of a liquid crystal coupled
상기 액정 결합 광변조 방법(300)은 제1 상태(즉, 제1 굴절률 상태) 및 제2 상태(즉, 제2 굴절률 상태) 사이에서 액정의 상태를 전환하는 단계(320)를 더 포함한다. 상기 액정은 상기 광 가이드의 표면과 접촉하고 추가적으로 상기 광 가이드 표면과 회절격자 사이에 개재된다. 일부 예에 따르면, 상기 제1 굴절률 상태에서 상기 액정의 굴절률은 전반사를 방지하기 위하여 상기 광 가이드의 굴절률과 실질적으로 일치하거나 초과하고, 상기 제2 굴절률 상태에서 상기 액정 굴절률은 상기 광 가이드 굴절률보다 작다. 일부 예에서, 상기 액정은 상기 액정 결합 광변조기(100)에 대해 전술한 상기 액정(130)과 실질적으로 유사할 수 있다. 또한, 일부 예에서, 전술한 바와 같이, 상기 회절격자는 상기 액정 결합 광변조기(100)에 대해 전술한 상기 회절격자(120)와 실질적으로 유사할 수 있다. The liquid crystal coupled
일부 예에서, 상기 액정의 상태를 전환하는 단계(320)는 전기장을 상기 액정에 인가하는 단계 및 상기 액정에 인가된 상기 전기장을 변화시키는 단계 중 하나 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전기장은 상기 전극(150) 또는 상기 액정 결합 광변조기(100)에 대해 전술한 상기 전극 쌍(150, 150') 등의 전극이지만 이에 제한되지 않는 전극을 이용함으로써 인가될 수 있다. In some instances, step 320 of switching the state of the liquid crystal may include applying one or both of applying the electric field to the liquid crystal and changing the electric field applied to the liquid crystal. For example, the electric field can be applied by using electrodes such as, but not limited to, the
상기 액정 결합 광변조 방법(300)은 전반사를 방지함으로써 상기 가이드된 광의 일부를 외부에서 결합하는 단계(330)를 더 포함한다. 특히, 상기 표면과 접촉하는 상기 액정이 상기 제1 굴절률 상태로 전환(320)되는 경우, 상기 가이드된 광의 일부가 상기 광 가이드 표면을 통해 커플 아웃된다. 하지만, 다양한 예에 따라, 상기 액정이 상기 제2 굴절률 상태로 전환(320)되는 경우, 실질적으로 어떤 전반사 가이드된 광도 커플 아웃되지 않는다. 특히, 상기 제2 상태에서 상기 액정은 전반사를 용이하게 하여 실질적으로 상기 가이드된 광이 상기 광 가이드를 벗어나는 것을 방지한다. The liquid crystal coupled
일부 예에서, 상기 액정 결합 광변조 방법(300)은 상기 가이드된 광의 커플 아웃된 일부를 상기 회절격자에게 전달하는 단계(340)를 더 포함한다. 예를 들어, 전달하는 단계(340)는 상기 커플 아웃된 가이드 광 일부를 상기 액정을 통해 전파시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 상기 액정 결합 광변조 방법(300)은 상기 가이드된 광의 전달된 커플 아웃된 일부를 회절성 리다이렉션에 의해 상기 회절격자에서 리다이렉트하는 단계(350)를 더 포함한다. 예를 들어, 상기 회절성 리다이렉션은 수학식 1에 주어진 상기 회절 각도 에 따를 수 있다. In some examples, the liquid crystal coupled
따라서, 액정 결합 광변조기, 전자 디스플레이 및 상기 광 가이드 외부에서 결합되는 광을 변조하기 위하여 액정을 이용하여 광 가이드의 전반사를 교대로 용이하게 하고 방지하는 액정 결합 광변조 방법의 예를 설명하였다. 상술한 실시예는 본 명세서에 기재된 원리를 나타내는 많은 특정 실시예 중 일부의 단지 예시임을 이해해야 한다. 명백히, 당업자는 다음의 청구항에 의해 정의된 범위를 벗어나지 않고 다수의 다른 형태를 손쉽게 고안할 수 있다.Therefore, an example of a liquid crystal coupled light modulation method for alternately facilitating and preventing total reflection of a light guide using a liquid crystal to modulate light coupled to a liquid crystal coupled optical modulator, an electronic display, and the light guide is described. It is to be understood that the above-described embodiments are merely illustrative of some of the many specific embodiments that represent the principles described herein. Obviously, one skilled in the art can readily devise many different forms without departing from the scope defined by the following claims.
Claims (15)
전반사(total internal reflection, TIR)에 의해 광을 가이드하는 광 가이드(light guide);
회절격자(diffraction grating); 및
상기 회절격자와 상기 광 가이드 사이에 개재된 액정으로서, 상기 광 가이드의 표면에서 전반사를 방지하는 제1 굴절률을 갖는 상태 및 전반사를 용이하게 하는 제2 굴절률을 갖는 다른 상태를 갖는, 액정
을 포함하고,
제1 굴절률 상태에서 액정은 가이드된 광의 일부를 상기 회절격자에게 커플 아웃(couple out)하고, 상기 회절격자는 상기 광변조기 외부에서 커플 아웃된 일부의 회절성 리다이렉션(diffractive redirection)을 제공하는,
액정 결합 광변조기. As a liquid crystal coupling light modulator,
A light guide for guiding light by total internal reflection (TIR);
Diffraction grating; And
A liquid crystal interposed between the diffraction grating and the light guide, the liquid crystal having a first refractive index for preventing total reflection at the surface of the light guide and another state having a second refractive index for facilitating total reflection,
/ RTI >
In a first refractive index state, the liquid crystal couple out a portion of the guided light to the diffraction grating, and the diffraction grating provides some diffractive redirection couples out of the optical modulator.
Liquid crystal coupled light modulator.
상기 광 가이드는 광학적으로 투명한 재료의 시트를 포함하는 플레이트 광 가이드(plate light guide)인, 액정 결합 광변조기. The method according to claim 1,
Wherein the light guide is a plate light guide comprising a sheet of optically transparent material.
상기 회절격자는 투과성 회절격자인, 액정 결합 광변조기. The method according to claim 1,
Wherein the diffraction grating is a transmissive diffraction grating.
상기 제1 굴절률은 상기 광 가이드의 굴절률과 실질적으로 일치하거나 초과하고, 상기 제2 굴절률은 상기 광 가이드의 굴절률보다 작은, 액정 결합 광변조기. The method according to claim 1,
Wherein the first refractive index substantially coincides with or exceeds the refractive index of the light guide, and the second refractive index is smaller than the refractive index of the light guide.
상기 액정은 상기 광 가이드의 표면의 일부에 실질적으로 제한되는, 액정 결합 광변조기. The method according to claim 1,
And the liquid crystal is substantially restricted to a part of the surface of the light guide.
상기 액정은 네마틱 액정을 포함하고, 제1 굴절률 상태가 상기 네마틱 액정의 분자의 수평 배향에 의해 특징되고, 제2 굴절률 상태가 상기 네마틱 액정의 분자의 수직 배향에 의해 특징되며, 상기 수평 배향은 상기 제1 굴절률을 제공하고, 상기 수직 배향은 상기 제2 굴절률을 제공하는, 액정 결합 광변조기. The method according to claim 1,
Wherein the liquid crystal comprises a nematic liquid crystal wherein a first refractive index state is characterized by a horizontal orientation of molecules of the nematic liquid crystal and a second refractive index state is characterized by a vertical orientation of molecules of the nematic liquid crystal, Wherein the orientation provides the first index of refraction and the vertical orientation provides the second index of refraction.
전기장을 상기 액정에 인가하기 위한 제1 전극과 제2 전극을 더 포함하고,
상기 전기장의 인가는 상기 액정을 제1 굴절률 상태와 제2 굴절률 상태 사이에서 전환시기기 위한 것인, 액정 결합 광변조기. The method according to claim 1,
Further comprising a first electrode and a second electrode for applying an electric field to the liquid crystal,
Wherein the application of the electric field is adapted to switch the liquid crystal between the first refractive index state and the second refractive index state.
제1항의 액정 결합 광변조기를 포함하고,
상기 액정의 제1 및 제2 굴절률 상태의 제어에 따라 커플 아웃된 가이드된 광의 회절성으로 리다이렉트되는 일부가, 상기 전자 디스플레이의 화소의 변조된 광인,
전자 디스플레이. As an electronic display,
A liquid crystal display device comprising the liquid crystal coupling light modulator of claim 1,
Wherein a portion of the liquid crystal that is redirected to the diffracting properties of the coupled light guided according to the control of the first and second refractive index states is a modulated light of a pixel of the electronic display,
Electronic display.
광원으로부터의 광을 전반사에 의해 유도하는 광 가이드;
복수의 회절격자; 및
상기 회절격자와 상기 광 가이드 사이에 개재된 액정으로서, 상기 회절격자와 상기 광 가이드 사이에 개재된 액정으로서, 전반사를 방지하는 제1 굴절률을 갖는 상태 및 상기 광 가이드의 표면에서 전반사를 용이하게 하는 제2 굴절률을 갖는 다른 상태를 갖는, 액정
을 포함하고,
제1 굴절률 상태에서 액정은 상기 가이드된 광의 일부를 커플 아웃하고 상기 복수의 회절격자에게 전달하여 회절성으로 리다이렉트되도록 하고,
상기 전자 디스플레이의 화소는 제1 및 제2 굴절률 상태 사이에서 선택에 의해 변조된, 커플 아웃되고 회절성으로 리다이렉트되는 가이드된 광 일부를 포함하는,
전자 디스플레이. As an electronic display,
A light guide for guiding light from the light source by total reflection;
A plurality of diffraction gratings; And
A liquid crystal interposed between the diffraction grating and the light guide, the liquid crystal being interposed between the diffraction grating and the light guide, wherein the liquid crystal has a first refractive index for preventing total reflection, Having different states with a second refractive index,
/ RTI >
In the first refractive index state, the liquid crystal couples a part of the guided light and transmits it to the plurality of diffraction gratings so as to be diffracted redirected,
Wherein the pixel of the electronic display comprises a portion of guided light that is selectively modulated between first and second refractive index states, coupled out and diffractively redirected,
Electronic display.
상기 제1 굴절률 상태는 상기 제1 굴절률을 제공하기 위하여 상기 액정 분자의 배향을 포함하고, 상기 제2 굴절률 상태는 상기 제2 굴절률을 제공하기 위하여 상기 액정 분자의 다른 배향을 포함하며, 상기 가이드된 광의 미리 정해진 편광에 대해 상기 제1 굴절률은 상기 광 가이드의 굴절률과 실질적으로 일치하거나 초과하고, 상기 가이드된 광의 미리 정해진 편광에 대해 상기 액정의 제2 굴절률은 상기 광 가이드 굴절률보다 작은, 전자 디스플레이. 10. The method of claim 9,
Wherein the first refractive index state comprises an orientation of the liquid crystal molecules to provide the first refractive index and the second refractive index state comprises another orientation of the liquid crystal molecules to provide the second refractive index, Wherein the first refractive index substantially coincides with or exceeds the refractive index of the light guide for a predetermined polarization of light and the second refractive index of the liquid crystal is smaller than the refractive index of the light guide for a predetermined polarization of the guided light.
상기 광 가이드는 전면 및 후면을 갖는 광학적으로 투명한 재료의 슬라브를 포함하는 백라이트(backlight)이고,
상기 액정은 상기 광 가이드의 전면의 일부에 제한되고, 상기 회절격자는 투과성 회절격자를 포함하는, 전자 디스플레이. 10. The method of claim 9,
Wherein the light guide is a backlight comprising a slab of optically transparent material having a front surface and a back surface,
Wherein the liquid crystal is confined to a portion of the front surface of the light guide, and wherein the diffraction grating comprises a transmissive diffraction grating.
복수의 회절격자 중 서로 다른 회절격자는 상기 가이드된 광의 일부를 서로 다른 방향으로 커플 아웃하여 3차원(3D) 전자 디스플레이를 생성는, 전자 디스플레이. 10. The method of claim 9,
Wherein different diffraction gratings of the plurality of diffraction gratings couples out a portion of the guided light in different directions to produce a three-dimensional (3D) electronic display.
제1 전극 및 제2 전극을 더 포함하고,
상기 제1 및 제2 전극에 걸치는 제1 전압의 인가는 상기 액정의 제1 굴절률 상태를 생성하기 위한 것이고 상기 제1 및 제2 전극에 걸지는 제2 전압의 인가는 상기 액정의 제2 굴절률 상태를 생성하기 위한 것인, 전자 디스플레이. 10. The method of claim 9,
Further comprising a first electrode and a second electrode,
Wherein application of a first voltage across the first and second electrodes is for generating a first refractive index state of the liquid crystal and application of a second voltage to the first and second electrodes is applied to a second refractive index state of the liquid crystal To produce a display.
전반사(TIR)를 이용하여 광 가이드에서 광을 가이드하는 단계;
액정을 제1 상태와 제2 상태 사이에서 전환하는 단계로서, 상기 액정이 상기 광 가이드의 표면과 회절격자와 접촉하고 그 사이에 개재되는, 상기 전환하는 단계; 및
상기 액정이 상기 제1 상태로 전환되는 경우 전반사를 방지함으로써 상기 가이드된 광의 일부를 커플 아웃하는 단계
를 포함하고,
상기 제1 상태의 굴절률이 상기 광 가이드의 굴절률과 실질적으로 일치하거나 초과하여 전반사를 방지하고, 상기 제2 상태에서 굴절률이 상기 광 가이드 굴절률보다 작은,
액정 결합 광변조 방법. As a liquid crystal coupling light modulation method,
Guiding light in a light guide using total internal reflection (TIR);
Converting the liquid crystal between a first state and a second state, the liquid crystal being in contact with and interposed between the surface of the light guide and the diffraction grating; And
Coupling-out a part of the guided light by preventing total reflection when the liquid crystal is switched to the first state
Lt; / RTI >
The refractive index of the first state substantially coincides with or exceeds the refractive index of the optical guide to prevent total internal reflection, and in the second state, the refractive index is smaller than the refractive index of the optical guide,
Liquid crystal coupled light modulation method.
상기 가이드된 광의 커플 아웃된 일부를 상기 회절격자에게 전달하는 단계; 및
상기 가이드된 광의 전달된 커플 아웃된 일부를 상기 회절격자에서 회절성 리다이렉션에 의해 리다이렉트하는 단계를 더 포함하는, 액정 결합 광변조 방법. 15. The method of claim 14,
Transmitting a coupled-out portion of the guided light to the diffraction grating; And
And redirecting the transmitted coupled-out portion of the guided light by diffractive redirection in the diffraction grating.
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